MAOL:n pistesuositus kemian tehtäviin keväällä 2014.

Transkriptio

1 Kemian pisteytysohjeet kevät 014. MAOL:n pistesuositus kemian tehtäviin keväällä Tehtävän eri osat arvostellaan isteen tarkkuudella ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi pisteiksi. Tehtävän sisällä pieniä puutteita voi korvata jonkin muun kohdan tavallista syvällisemmällä käsittelyllä. - Kemian kannalta epätäsmällisestä kielenkäytöstä, huolimattomasti piirretyistä orgaanisten yhdisteiden rakennekaavoista tai huolimattomasta kaavojen kirjoittamisesta sekä virheellisistä nimistä vähennetään 0. - Pieni laskuvirhe tai likiarvojen huolimaton käyttö aiheuttaa 1/3 isteen vähennyksen. Tuloksen tarkkuus määräytyy epätarkimman lähtöarvon mukaan. - Välituloksissa tulee olla riittävä määrä numeroita näkyvissä. - Laskutehtävissä suureyhtälöt ja kaavat on perusteltava tavalla, joka osoittaa kokelaan ymmärtäneen tehtävänannon oikein ja soveltaneen ratkaisussaan asianmukaista periaatetta tai lakia. Symbolisen laskimen avulla tehdyissä ratkaisuissa tulee käydä ilmi, mihin reaktioyhtälöön symboleineen ne perustuvat. - Selventävien kuvien ja kaavioiden käyttö on suositeltavaa. Sanallisissa vastauksissa tulee käyttää myös kemiallisia kaavoja. Yleensä vastaukset tulee perustella. - Jos vastauksena pyydetään reaktioyhtälöä, sen tulee olla esitettynä ilman hapetuslukuja pienimmin mahdollisin kokonaislukukertoimin ja olomuodoilla varustettuna. Orgaanisissa reaktioyhtälöissä käytetään rakennekaavoja, mutta ei vaadita olomuotoja. 1. /kohta A: K /kalium B: He /helium C: Al /alumiini D: I /jodi E: Mg /magnesium F: Cu /kupari. m mg a) n(mg P O 7 ) = mmol M 3, 1,04331 (4, , ,00 7) g / mol n(mg + ) = n(mg P O 7 ) p m(mg + ) = n(mg + ) M(Mg) = 1,04331 mmol 4,31 g/mol 50,73 mg - jos magnesiumionien ainemäärää laskettaessa kerroin väärin, max p - yksikkömuunnosvirhe massassa, lasku muuten oikein - b) c(mg + ) = n V 1,04331 mmol = 0,0087 mol/l p 100,0 ml - vastauksissa yksi merkitsevä numero liikaa/liian vähän, - 0 p; kaksi merkitsevää numeroa, - ; kolme tai enemmän, - - jos b)-kohta laskettu oikein väärällä a)-kohdan tuloksella, - 0 p 3. a) Empiirisen kaavan määrittämiseksi lasketaan yhdisteen sisältämien alkuaineiden ainemäärien suhde. C x H y O z +? O x CO + y/ H O 0,40 g 0,35 g 0,144 g m(c ) = (0,35 g/44,01 g/mol) 1,01 g/mol = 9, g n(c ) = 0,00800 mol MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 1 / 7

2 Kemian pisteytysohjeet kevät 014. m(h ) = (0,144 g/18,016 g/mol) 1,008 g/mol = 1, g n(h) = 0,0160 mol m(o) = 0,40 g - 9, g - 1, g = 0,1783 g n(o ) = 0,00799 mol Alkuaineiden ainemäärien pienin kokonaislukusuhde: C:H:O = 0,00800/0,00799 : 0,0160/0,00799 : 0,00799/0, : : 1 Empiirinen kaava on CH O tai (CH O) n Tai Empiirinen kaava saatu laskemalla ainemäärien suhde n(co ) : n(h O) = 1 : 1 ja tällä perusteltu yhdisteen hiilija vetyatomien suhteen olevan n(c) : n(h)= 1 : Hapen osuus yhdisteessä päätelty perustellen tehtävänannossa annettujen tietojen perusteella. Lopputuloksena empiirinen kaava CH O tai (CH O) n. b) Koska M(CH O) n 60, voidaan päätellä, että n = (tai muu oikea perustelu) Molekyylikaava on C H 4 O c) CH 3 COOH + CH 3 CH OH CH 3 COOCH CH 3 + H O p - erilaiset yksiselitteiset rakennekaavojen esitystavat hyväksytään 4. a) esteriryhmiä hiilten välisiä kaksoissidoksia (alkenyyliryhmiä) hydroksyyli- eli alkoholiryhmä - jos funktionaalisten ryhmien sijaan yhdisteryhmät, enintään - jokainen ylimääräinen tai väärä ryhmä, - b) - kolme oikeaa kiraalista hiiltä,, jokaisesta seuraavasta + ( 6 x = p) - yksi väärä, enintään - kaksi tai enemmän vääriä, 0 p p c) Cis-trans-isomeriaa Perusteltu rengasrakenteiden avulla cis-trans-isomerian esiintyminen tässä yhdisteessä. Optista isomeriaa esiintyy, sillä molekyylissä on kiraalisia hiiliä. Konformaatioisomeriaa MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu / 7

3 Kemian pisteytysohjeet kevät a) Anodireaktio: Mg(s) Mg + (aq) + e - Katodireaktio: Fe 3+ (aq) + 3 e - Fe(s) Kennon kokonaisreaktio: 3 Mg(s) + Fe 3+ (aq) 3 Mg + (aq) + Fe(s) - jos reaktioyhtälö on tasapainotettu väärin, 0 p. - jos olomuodot puuttuvat kokonaisreaktiosta, - b) Taulukkokirjasta saadaan magnesiumin hapettumisreaktiolle E = +,37 V E kenno =,37 V + ( 0,043 V) =,37 V,33 V 5/3 p -,37 V hyväksytään - laskun periaate oikein, tulos väärin, - c), 9, , ,31 Magnesiumelektrodin massa pienenee 0,03 g (0,07 g). Tai massan muutos on 0,03 g - jos z väärin, 0 p - jos pienenemistä ei mainittu, - 0, a) Yhdiste C 1p Reagenssi B jokin hapetin, esim. KMnO 4 - B: merkintä [O] tai maininta vahva hapetin, - jos C aldehydi, 0 p 1p b) Yhdiste D c) Reagenssi F kloori, Cl 1p d) Lähtöaine A 3-metyylibutanoli /3p välituote C 3-metyylibutaanihappo /3p välituote E etyyli-3-metyylibutanaatti tai 3-metyylibutaanihapon etyyliesteri /3p - jos väärä numerointi, 0 p 1p 7. a) Liuos 1: Ei havaintoja. Perusteltu, että Mg ei reagoi Na + - eikä Cl - -ionien kanssa. - Hyväksytään myös: Havaitaan lievää kuplintaa. Normaalipotentiaalitaulukon mukaan magnesium pystyy pelkistämään vetyä vedestä. Liuos : Havaitaan kaasukuplia vedyn muodostuessa ja magnesiumin liukeneminen. Magnesium on epäjalo metalli ja reagoi siksi hapon vetyioneja pelkistäen. Liuos 3: Havaitaan magnesiumin päälle muodostuva punertava kuparikerros (ja kupari(ii)-liuoksen sinertävän värin haaleneminen). MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 3 / 7

4 Kemian pisteytysohjeet kevät 014. Epäjalo magnesium hapettuu ja pelkistää liuoksesta kuparia. b) Fenoliftaleiinilisäys ei aiheuta näkyviä muutoksia. Fenoliftaleiini on väritöntä happamissa ja neutraaleissa liuoksissa, punaista emäksisissä. Mikään liuoksista ei ole emäksinen. c) Liuoksissa 1 ja havaitaan valkoinen saostuma, koska hopeakloridi on niukkaliukoinen suola. Liuos 3: ei havaintoja. Liuoksen kupari- ja nitraatti-ionit eivät voi pelkistää hopeaa eivätkä aiheuta saostumista - tai perusteltu reaktioyhtälöin 8. a) Oikein kirjoitetut reaktioyhtälöt olomuotomerkintöineen /kohta (1) KClO ( s) KCl( s) + 3O ( g) () (3) 3 3 K CO ( s) K KHCO ( s) K 3 O( s) + CO O( s) + H ( g) - yksikin väärä kerroin, 0 p - väärä tai puuttuva olomuoto, - O( g) + CO ( g) b) Happea muodostuu vain reaktiossa (1) n(o ) = 0,0015 mol n(kclo 3 ) = /3 n(o ) = 0, mol m(kclo 3 ) = n M = 0,1015 g => n. 10, % seoksen massasta (10 %) Vettä muodostuu vain reaktiossa (3) n(h O) = 0, mol n(khco 3 ) = n(h O) = 0, mol m(khco 3 ) = n M = 0,00058 g => n. 0,0 % seoksen massasta (0 %) Hiilidioksidia muodostuu reaktioissa () ja (3) n(co )= 0, mol Reaktiossa (3) muodostuu 0, mol tästä, joten reaktiossa () muodostuu loput 0, mol n(k CO 3 )= 0, mol m(k CO 3 )= 0,13836 g => n. 13,8 % seoksen massasta (14 %) KCl muodostaa loput seoksesta eli 56,0 % (56 %) c) KClO 3 on voimakas hapetin, joka voi räjähtää kuumennettaessa. - KClO 3 on mainittava; pelkkä räjähtäminen, enintään MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 4 / 7

5 Kemian pisteytysohjeet kevät Muodostuu saostuma Ca(OH), kun Q > K s Ca(OH) (s) Ca + (aq) + OH - (aq) K s = [Ca + ][OH - ] = 5, (mol/l) 3, 1,5, OH,,0 10, Ammoniakkia liuotetaan veteen. NH 3 (aq) + H O(l) NH + 4 (aq) + OH - (aq) alku (mol/l) x tasapaino (mol/l) x, ,0 10-3, ,8 10,, x = 0,4 mol/l Ammoniakin alkukonsentraatio c(nh 3 ) = 0,4 mol/l n(nh 3 ) = c(nh 3 ) V(NH 3 ) = 0,4 mol/l 0,1000 l = 0,04 mol Ammoniakkikaasun tilavuus,,, 3, Ammoniakkikaasua tulee johtaa liuokseen vähintään 0,37 l - jos ammoniakki käsitelty vahvana emäksenä, korkeintaan 3 p 10. Päätelty kuvaajien perusteella muutokset reaktio-olosuhteissa (lämpötila, katalyytti, konsentraatio/paine) ja selitetty niiden vaikutukset reaktion tasapainoon. Kuva (b): Perustelut, esim: samat alkukonsentraatiot tasapainotila saavutetaan aikaisemmin tuotetta tasapainossa aiempaa vähemmän ja lähtöaineita aiempaa enemmän Reaktio-olosuhteissa (b) on korkeampi lämpötila. Reaktio on nopeampi, mutta sen tasapaino on siirtynyt lähtöaineiden suuntaan, koska se on eksoterminen reaktio. Tasapainovakion arvo on aiempaa pienempi. Kuva (c): Perustelut, esim: samat alkukonsentraatiot tasapainotila saavutetaan aikaisemmin tasapainossa reaktiotuotetta ja lähtöaineita on saman verran kuin alkuperäisissä olosuhteissa Reaktio-olosuhteissa (c) on käytetty tehokkaampaa katalyyttiä. Se nopeuttaa reaktioita, mutta ei vaikuta tasapainoasemaan. Tasapainovakion arvo ei muutu. Kuva (d): Perustelut, esim: lähtöaineiden alkukonsentraatiot suuremmat (eli pienempi tilavuus, koska alkuainemäärät olivat samat joka tilanteessa) tasapainotila saavutetaan samaan aikaan kuin alkuperäisissä olosuhteissa MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 5 / 7

6 Kemian pisteytysohjeet kevät 014. tuotteiden ja lähtöaineiden konsentraatiot tasapainossa aiempaa suuremmat, mutta samassa suhteessa kuin alkuperäisissä olosuhteissa Reaktio-olosuhteissa (d) on pienempi tilavuus (eli suurempi paine). Tasapainovakion arvo ei muutu. 11. a) Muunnetaan tarvittavien ravinteiden massat alkuaineiden massoiksi/ha ja päätellään sopiva NPK-lannoite. Kasvi N(kg/ha) P(kg/ha)* K(kg/ha)* Alkuaineiden suhde Sopiva NPK Lannoite Sipuli ,5:1:5, C Porkkana ,3:1:11, B Sipuli Porkkana * 30,97 (39000/141,95) 17 * 30,97 (69000/141,95) 30 * 39,10 (103000/94,) 86 * 39,10 (40000/94,) 350 p - oikeat valinnat, - perustelut laskemalla tai muuten, b) Alkuaineet N, P ja K ovat ns. kasvutekijöitä. Kasvit tarvitsevat niitä, eikä niitä voida korvata muilla alkuaineilla. Typen vaikutus: Typpi on tärkeä osa lehtivihreää ja lähes kaikkia muitakin elintärkeitä aineosia kasveissa. Kasvien sisältämät entsyymit ja proteiinit muodostuvat useista erilaisista aminohapoista. Jos aminohappojen muodostuminen vähenee typen puutteen vuoksi, vaikuttaa se myös entsyymien muodostumiseen ja siten koko kasvin aineenvaihduntaan. Jos kasvi ei pysty heikentyneen entsyymiaktiivisuuden johdosta normaalisti tuottamaan aminohappoja ja proteiineja, heikkenee kasvin kokonaiskasvu. Fosforin vaikutus: Fosfori vaikuttaa kasvin energia-aineenvaihduntaan. Fosfori on solujen välittömänä energianlähteenä toimivan ATP:n (adenosiinitrifosfaatin) tärkeä osa. Soluissa ATP hajoaa energiaa vaativissa tapahtumissa, jolloin se luovuttaa energiaa kasvin kehitykseen ja kasvuun. Jos fosforia on liian vähän saatavilla, kasvin energian puute ilmenee heikentyneenä kasvuna. Kaliumin vaikutus: Kaliumilla on muutamia keskeisiä tehtäviä kasvin aineenvaihdunnassa. Kalium on välttämätön ravinne proteiinien muodostumisessa. Jos kaliumia ei ole riittävästi, proteiineja ei muodostu normaalisti kasvin riittävästä typen saannista huolimatta. Kaliumilla on ravinteista tärkein merkitys suola-vesitasapainon säätelyssä, joka vaikuttaa veden ja ravinteiden kuljetukseen kasvissa. Kaliumilla on tärkeä merkitys myös yhteyttämisessä tarvittavan lehtivihreän muodostumisessa. c) Luomuviljelyssä ei käytetä kemiallisesti valmistettuja lannoitteita. Ravinteiden saanti taataan orgaanisilla lannoitteilla (hevosen- ja kananlantavalmisteet, karjanlanta, virtsa, merileväjauho sekä talous- ja kasvijätteistä tehty komposti) sekä viherlannoituksen tai vuoroviljelyn avulla. Maan ravinne- ja humuspitoisuus sekä pieneliötoiminta lisääntyvät ja kasvualustan rakenne paranee. - kaksi erilaista hyvin perusteltua esimerkkiä riittää, 4/3 p d) Tarkasteltu joitakin seuraavista seikoista: vesistöjen rehevöityminen (häiritsee luonnon ravinnetasapainoa) liika lannoitus, etenkin typpilannoitus, aiheuttaa kasvien liian nopeaa kasvua ja lehtien runsasta tuotantoa, eikä lisää varsinaisesti satoa kasvien alttius sienitaudeille kasvaa - rehevöityminen, MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 6 / 7

7 Kemian pisteytysohjeet kevät jokin muu perusteltu haitta, p e) Kalkituksella säädetään maan happamuus sopivaksi. Suomessa maaperä on useimmiten hapanta, joten kalkituksella saadaan nostettua maan ph-arvo sopivaksi viljeltävästä kasvista riippuen. 1. a) Selitetty oikein liuoksen laimentaminen sopivia välineitä käyttäen. Käytetty täyspipettejä tai säädettäviä automaattipipettejä ja mittapulloja. Esimerkiksi pipetoidaan 8,0 ml perusliuosta 100 ml mittapulloon ja täytetään varovasti tislatulla vedellä merkkiin sekoituksen jälkeen, jolloin saadaan 0,0400 mol/l liuos. Otetaan tätä väliliuosta 1,00 ml täyspipetillä 100 ml mittapulloon, sekoitetaan ja täytetään merkkiin, jolloin saadaan 0,400 mmol/l liuos. - laimennus laskennallisesti oikein, - oikein valitut välineet, - oikea idea ja suoritustapa, b) Piirretty riittävän tarkka kuvaaja, johon akselit on nimetty ja vaaka-akselilla on mainittu myös laatu. Skaalaus on laadittu järkevästi ja jakoväli on merkitty selvästi. p 1p Luettu suoralta absorbanssia 0,301 vastaava konsentraatio 0,150 mmol/l (±0,005) ja laskettu tästä KMnO 4 pitoisuus 0, mol/l 158,04 g/mol = 0,03706 g/l 0,04 g/l c) Oikein kirjoitettu reaktioyhtälö olomuotomerkintöineen + + Mn + 5IO4 + 3HO( l) MnO4 + 5IO3 + 6H p - puuttuvat olomuodot, - - väärä hapen tasapainotus, - d) Absorbanssi on 0,136, jota vastaava suoralta luettu konsentraatio on 0,065 mmol/l (±0,005). Huomioidaan toinen laimennus 5,0 millilitrasta 100 millilitraan, jota ennen konsentraatio on ollut nelinkertainen eli 0,60 mmol/l. Konsentraatio sama alkuperäisessä tilavuudessa 0,00 l, joten n(mn + ) = 0,050mmol. m(mn + ) = 0,050 mmol 54,94 g/mol = 0, g Massaprosentuaalinen osuus on siten ollut: 0, g = 0, » 1,4 % (1,43 %) 0, 000g MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 7 / 7